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20.07.2005

Sauer macht Rot

Die farbigen Teststreichen aus Lackmuspapier waren früher in jedem Chemielabor zu finden. Heute sind an ihre Stelle andere Messmethoden getreten.

Der aus Flechten gewonnene Farbstoff Lackmus dient seit Jahrhunderten als Indikator für Säuren und Basen

Lackmustinktur oder mit Lackmus getränktes Papier waren noch bis vor wenigen Jahrzehnten ein wichtiges Hilfsmittel in jedem Labor. Der aus Flechten stammende Farbstoff ist ein so genannter Säure-Base-Indikator: Er wechselt seine Farbe von blau zu rot, wenn er von einem basischen in ein saures Milieu gerät.

Lackmus spielte schon bei den Alchemisten eine Rolle. So soll der Arzt und Alchemist Arnaldus de Villanova den Indikator bereits zu Beginn des 13. Jahrhunderts in seinem Labor verwendet haben. In größerem Umfang wurde der blaue Farbstoff jedoch erst ab dem 16. Jahrhundert aus unterschiedlichen Flechtenarten aus der Familie der Lackmusflechten gewonnen, der in mehreren Kontinenten der Welt vorkommenden Rocellaceae. Lackmus fand früher nicht nur Verwendung im Chemielabor, sondern wurde auch zum Färben von Schminke und Lebensmitteln wie etwa Wein, Likör, Backwaren, Zuckerpapier oder Käse genutzt.

Die Gewinnung aus den Flechten – einer symbiotischen Lebensgemeinschaft aus Algen und Pilzen – ist ein recht komplizierter Prozess, dessen Details häufig geheim gehalten wurden. Zunächst werden die Flechten getrocknet und zu Pulver zerrieben. Dieses wird für einige Wochen in einer Lösung mit Natrium- oder Kaliumkarbonat und Ammoniak zur Gärung stehen gelassen. Dabei erfolgt ein allmählicher Farbumschlag. Die schließlich blaue Masse wird getrocknet, wiederum zu Pulver zermahlen und mit Gips oder Kalk vermischt. Die leicht krümelige Substanz kann dann entsprechend weiterverarbeitet werden, etwa in einer Lösung.

In reiner Form ist der Farbstoff dunkelblau. Gibt man ihn jedoch in eine Lösung, hängt seine Farbe vom so genannten pH-Wert ab, der Konzentration der Protonen in der Lösung. Je mehr solcher Wasserstoffionen in der Flüssigkeit vorhanden sind, desto saurer ist die Lösung. Lackmuslösung ist rot, wenn der pH-Wert unterhalb von vier liegt und blau, wenn er höher ist als 8. Zwischen diesen beiden Werten durchläuft der Farbstoff verschiedene Schattierungen von violett.

Der Farbumschlag selbst wird durch die Abgabe beziehungsweise Aufnahme eines Protons bewirkt. Ein Säure-Base-Indikator wie Lackmus ist selbst eine schwache Säure und kann daher verhältnismäßig leicht ein Proton abgeben. Zurück bleibt dann die entsprechende so genannte Indikatorbase, die nach der Abgabe des Wasserstoffions negativ geladen ist. Dies geschieht besonders leicht in alkalischer Umgebung, weshalb der Indikator unter diesen Bedingungen vor allem in dieser Form vorliegt. In saurem Milieu bleibt das Proton dagegen am Indikator und es überwiegt die mit Wasserstoff gesättigte Form. Dieses Molekül besitzt eine andere Farbe als das Molekül der Indikatorsäure. Daher färbt sich Lackmus in saurem Milieu rot und in alkalischem blau.

Lackmustinktur oder reines mit Lackmus getränktes Papier waren noch bis vor wenigen Jahrzehnten ein wichtiges Hilfsmittel in jedem Labor. Heute wird der pH-Wert jedoch weitaus einfacher und exakter mithilfe von Universalindikatorpapieren bestimmt. Diese nutzen eine Kombination unterschiedlicher Indikatorstoffe und können sogar einen pH-Bereich von 1 bis 14 abdecken. Das Prinzip ist jedoch das gleiche: Auch Universalindikatoren zeigen unterschiedliche Säuregehalte durch verschiedene Farben an. Spezialpapiere, deren Farbumschlag in jeweils ganz bestimmten pH-Bereichen stattfindet, können zusätzlich helfen, gröbere pH-Abschätzungen zu verfeinern. In vielen modernen Labors wird inzwischen mit elektrochemischen Messinstrumenten anstelle von pH-Papieren gearbeitet.